Катя — возлюбленная Мити («милое, хорошенькое личико, небольшая фигурка, свежесть, молодость, где женственность ещё мешалась с детскостью»). Она учится в частной театральной школе, ходит в студию Художественного театра, живет с мамой, «всегда курящей, всегда нарумяненной дамой с малиновыми волосами», давно уже оставившей мужа.

В отличие от Мити, Катя не поглощена любовью всецело, не случайно Рильке заметил, что с ней Митя всё равно жить не смог бы — она слишком погружена в театральную, фальшивую среду. Её увлечению потакает директор школы, «самодовольный актер с бесстрастными и печальными глазами», каждое лето отправлявшийся на отдых с очередной совращённой им ученицей. «Постом с К. начал заниматься директор», — указывает Бунин. Как и в рассказах «Чистый понедельник», «Пароход „Саратов“», важнейшие события в жизни героев соотносятся со временем Великого Поста. Именно в шестую неделю Великого Поста, последнюю перед Страстной, К. сдает экзамен директору. На экзамене она облачена во всё белое, словно невеста, что подчеркивает двусмысленность ситуации.

Весной же с Катей происходят важные изменения — она превращается в «молоденькую светскую даму, […] всё куда-то спешащую». Свидания с Митей всё сокращаются, и последний всплеск чувств Кати совпадает с его отъездом в деревню. Вопреки уговору, Катя пишет Мите всего два письма, причём во втором признается, что изменила ему с директором: «Я дурная, я гадкая, испорченная […] но я безумно люблю искусство! […] я уезжаю — вы знаете, с кем…» Это письмо и становится последней каплей — Митя решается на самоубийство. Связь с Алёнкой лишь усиливает его отчаяние.

Митя (Митрий Палыч) — студент, главный герой повести. Находится в переходном возрасте, когда мужское начало переплетается с ещё не полностью отслоившимся детским. М. «худой, нескладный» (девки в деревне/прозвали его «борзым»), делающий все с мальчишеской Неловкостью. У него большой рот, черные жесткие волосы, «он был из той породы людей с черными, как бы постоянно расширенными глазами, у которых почти не растут даже в зрелые годы ни усы, ни борода…» (возлюбленная М., Катя, называет его глаза «византийскими»).

Повествование о жизни и смерти М. охватывает период чуть более полугода: начиная с декабря, когда он познакомился с Катей, и до середины лета (конца июня — начала июля), когда он кончает с собой. О прошлом М. мы узнаем из его собственных отрывочных воспоминаний, так или иначе связанных с главными темами повести — темой всеохватывающей любви и темой смерти.

Любовь захватила М. «ещё в младенчестве» как нечто «невыразимое на человеческом языке», когда однажды в саду, рядом с молодой женщиной (вероятно, нянькой) «что-то горячей волной взыграло в нем», и затем в различных обличьях: соседка-гимназистка, «острые радости и горести внезапной влюбленности на гимназических балах». Год назад, когда М. заболел в деревне, — весна стала «его первой настоящей любовью». Погруженность в мартовскую природу «насыщенного влагой жнивья и черной пашни» и подобные проявления «беспредметной, бесплотной любови» сопровождали М. до декабря первой студенческой зимы, когда он встретился с Катей и почти сразу же влюбился в нее.

Пора безумного захватывающего счастья длится до девятого марта («последнего счастливого дня»), когда Катя заговаривает о «цене» её ответной любви: «Я все равно даже ради тебя не откажусь от искусства», т. е. от театральной карьеры, которая должна начаться после окончания ею этой весной частной театральной школы. Вообще изображение театра в повести сопровождается интонацией декадентской фальши — Бунин резко подчеркивает свое неприятие модернистского искусства, отчасти в соответствии с воззрениями Л. Н. Толстого. На выпускном экзамене Катя читает стихотворение Блока «Девушка пела в церковном хоре» — возможно, с точки зрения Бунина, манифест декадентского искусства. М. воспринимает её чтение как «пошлую певучесть… и глупость в каждом звуке», а тему стихотворения определяет весьма жестко: «о какой-то будто бы ангельски невинной девушке».

Январь и февраль — пора непрерывного счастья, но на фоне начинающегося раздвоения в прежде цельном чувстве у «уже тогда нередко казалось, что как будто есть две Кати: одна та, которой […] настойчиво желал, требовал Митя, а другая — подлинная, обыкновенная, мучительно не совпадавшая с первой». М. живет в студенческих номерах на Молчановке, Катя с матерью — на Кисловке. Они видятся друг у друга, их встречи протекают «в тяжком дурмане поцелуев», становятся все более и более пылкими. М. все более ревнует Катю: «проявления страсти, то самое, что было так блаженно и сладостно […] в применении к ним, Мите и Кате, становилось несказанно мерзко и даже […] противоестественно, когда Митя думал о Кате и о другом мужчине».

Зима сменяется весной, ревность все более подменяет любовь, но одновременно (и в этом иррациональность чувства по Бунину) страсть М. возрастает вместе с ревностью. «Ты любишь только мое тело, а не душу», — говорит ему Катя. Совершенно измученный двойственностью и неопределенной чувственностью их отношений, М. в конце апреля уезжает в деревенскую усадьбу — отдохнуть и разобраться в себе. Перед отъездом Катя «опять стала нежна и страстна», даже впервые заплакала, — и М. вновь почувствовал, как она близка ему. Они договариваются о том, что летом М. приедет в Крым, где Катя будет отдыхать вместе с матерью. В сцене сборов накануне отъезда вновь звучит мотив смерти — вторая тема повести. Единственный друг М., некто Протасов, утешая М., цитирует Козьму Пруткова: «Юнкер Шмидт! честное слово. Лето возвратится», но читатель помнит, что в стихотворении присутствует также мотив самоубийства: «Юнкер Шмит из пистолета хочет застрелиться!» Этот мотив возвращается ещё раз, когда в окне напротив Митиного номера некий студент поет романс А. Рубинштейна на стихи Г. Гейне: «Полюбив, мы умираем». В поезде все вновь говорит о любви (запах Катиной перчатки, к которой М. припал в последнюю секунду расставания, мужики и рабочие в вагоне), а позже, уже по пути в деревню, М. вновь полон чистой привязанности, думает «обо всем том женском, к чему он приблизился за зиму с Катей». В сцене прощанья М. с Катей исключительно важна неприметная деталь — вспоминаемый несколько раз аромат Катиной перчатки. По законам мелодической композиции здесь переплетены противостоящие друг другу лейтмотивы: запах любви (кроме перчатки — Катина лента для волос) и — запах смерти (девять лет назад, когда умер отец, Митя «вдруг почувствовал: в мире смерть!», а в доме ещё долго стоял «или мнился» «страшный, мерзкий, сладковатый запах»). В деревне М. вначале как будто бы освобождается от мучающих его подозрений, но почти сразу же в ткань повествования вплетается третья тема — любви, лишенной душевной составляющей. По мере угасания надежды на совместное будущее с Катей М. все более охватывает чистая чувственность: вожделение при виде моющей окна «поденщицы с деревни», в разговоре с горничной Парашей, в саду, где деревенские девки Сонька и Глаша заигрывают с барчуком. Вообще тема деревни- почвы-земли-естественности («спасительное лоно матери-природы», по Г. Адамовичу) связана у Бунина с чувственностью и томлением, потому все деревенские герои повести так или иначе участвуют в совращении М.

Единственной зацепкой в борьбе с плотскими искушениями становится чувство к Кате. Мать М., Ольга Петровна, занята хозяйством, сестренка Аня и брат Костя ещё не приехали — М. живет памятью о любви, пишет Кате пылкие письма, рассматривает её фотографию: ему отвечает прямой, открытый взгляд любимой. Ответные письма Кати редки и немногословны. Наступает лето, но Катя по-прежнему не пишет. Мучения М. усиливаются: чем более прекрасен мир, тем он кажется М. более ненужным, бессмысленным. Он вспоминает зиму, концерт, шелковую Катину ленту, которую взял с собой в деревню — теперь даже о ней он думает с содроганием. Чтобы ускорить получение весточки, М. ездит за письмами сам, но все напрасно. Однажды М. решает: «если через неделю письма не будет, — застрелюсь!»

Именно в этот момент духовного упадка деревенский староста за небольшое вознаграждение предлагает М. поразвлечься. Поначалу у М. хватает силы отказаться: он повсюду видит Катю — в окружающей природе, снах, мечтаниях, — её нет лишь в реальности. Когда староста вновь намекает на «удовольствие», М. неожиданно для себя самого соглашается. Староста предлагает М. Аленку — «бабенку ядовитую, молоденькую, муж на шахтах […] всего второй год замужем». Ещё до рокового свидания М. находит в ней что-то общее с Катей: Аленка не велика, подвижна — «женское, смешанное с чем-то детским». В воскресенье М. идет к обедне в церковь и встречает Аленку по пути в храм: она, «виляя задом», проходит, не обратив на него внимания. М. чувствует, «что видеть её в церкви нельзя», чувство греха ещё способно его удержать.

Следующим вечером староста везет М. к леснику, свекру Аленки, у которого она живет. Пока староста и лесник пьянствуют, М. случайно сталкивается с Аленкой в лесу и, уже не владея собой, уславливается о завтрашнем свидании в шалаше. Ночью М. «увидал себя висящим над огромной, слабо освещенной пропастью». И в течение всего следующего дня все более отчетливо звучит мотив смерти (в ожидании свидания М. кажется, что в доме «страшно пусто»; в вечереющем небе светит Антарес, звезда из созвездия Скорпиона и т. д.). М. направляется к шалашу, вскоре появляется Аленка. М. отдает ей смятую пятирублевку, его охватывает «страшная сила телесного желания, не переходящая в… душевное». Когда происходит наконец то, чего он так хотел, М. «поднялся совершенно пораженный разочарованием» — чуда не произошло.

В субботу той же недели весь день идет дождь. М. в слезах бродит по саду, перечитывает вчерашнее письмо от Кати: «забудьте, забудьте все, что было!.. я уезжаю — вы знаете, с кем…» К вечеру гром гонит М. в дом. Он влезает к себе через окно, запирается изнутри и в полубессознательном состоянии видит в коридоре «молоденькую няньку», несущую «ребенка с большим белым лицом» — так возвращаются воспоминания раннего детства. Нянька оказывается Катей, в комнате она прячет ребенка в ящик комода. Входит господин в смокинге, — это директор, с которым Катя уехала в Крым («я безумно люблю искусство!» из вчерашнего письма)». М. наблюдает, как Катя отдается ему и в конце концов приходит в себя с ощущением пронзительной, невыносимой боли. Возврата к тому, что было «подобно раю», нет и быть не может. М. достает из ящика ночного столика револьвер и «радостно вздохнув […] с наслаждением» стреляет в себя.

Р. М. Рильке проницательно указывает на основную причину трагедии: «молодой человек теряет […] способность ожидать течения событий и выхода из невыносимого положения и перестает верить в то, что за этими страданиями […] должно последовать что-то […] иное, которое в силу своей инакости должно было бы представляться более выносимым и переносимым».

«Митина любовь» вызвала множество противоречивых оценок. Так, 3. Гиппиус поставила повесть в один ряд с гётевскими «Страданиями молодого Вертера», однако видит в чувствах героя лишь «гримасничающее Вожделение с белыми глазами». В то же время поэтесса М. В. Карамзина определила «таинство любви» в повести Бунина как «чудо благодатное». Р. М. Бицилли в статье «Заметки о Толстом. Бунин и Толстой» находит в «Митиной любви» толстовское влияние, а именно — перекличку с незаконченной повестью Л. Толстого «Дьявол».

Сам Бунин указывал, что воспользовался историей «падения» своего племянника. В. Н. Муромцева-Бунина называет фамилию прототипа: «…тронут юный роман Николая Алексеевича (Пушешникова, племянника Бунина. — Ред.), но внешность взята с […] брата, Пети». В. С. Яновский в мемуарах «Поля Елисейские» подтверждает реальность прототипа: «В „Митиной любви“ герой кончает довольно банально самоубийством, тогда как на самом деле молодой человек из его повести постригся в монахи и вскоре стал выдающимся иереем». В. В. Набоков в письме к 3. Шаховской писал: «Бунин мне говорил, что, приступая к „Митиной любви“, он видел перед собой образ Мити Шаховского», т. е. брата 3. Шаховской Дмитрия Алексеевича, поэта, в двадцатые годы постригшегося в монахи под именем отца Иоанна.